8 920 111 33 55 8 920 111 62 26





Технология производства изделий из ДПК

 

 

Общее описание технологии работы производства изделий из ДПК на основе HDPE, ПНД

Производство профилей (изделий) из древесно-полимерного композита на основе ПНД (HDPE) требует наличия следующих сырьевых составляющих - полимера, наполнителя (мука древесная либо мука из шелухи рисовой, подсолнечника, или бамбука), антиоксидантов, лубрикантов, минеральных наполнителей, красителей, связующего вещества.

Основные требования к сырью – низкая влажность, так как влажность напрямую влияет на качество и последующий срок службы изделий из древесно-полимерного композита.

Требования к полимеру (ПНД, HDPE) – достаточное содержание антиоксидантов и стабильный ПТР (показатель текучести расплава), который влияет на стабильность процесса экструзии профилей из древесно-полимерного композита, а следовательно на производительность и на качество ДПК. Производство ДПК на первичной грануле в принципе не рентабельно, основной задачей производителя ДПК является поиск и организация поставок вторичной гранулы стабильного качества.

Достаточное количество антиоксидантов в полимере определяет срок службы композита, его качество и долговечность через несколько лет эксплуатации. Отсутствие антиоксидантов приводит к тому, что полимер, в процессе экструзии или под воздействием ультрафиолета, в процессе эксплуатации подвергается деструкции, своего рода «выгоранию», становится хрупким, и может рассыпаться в пыль. Например, если поставить канистру на солнце, сделанную из полимера без добавления антиоксидантов - через год ее легко можно проткнуть пальцем, стенка канистры просто раскрошится. Чем большее количество раз полимер был переплавлен – тем больше в него надо добавлять антиоксидантов. При каждой переплавке у ПНД показатель текучести расплава снижается, а у полипропилена наоборот.

Основные требования к наполнителю – низкая влажность и мелкий размер частиц. Приемлемая для производства влажность должна быть не более 4%, но для получения качественного древесно-полимерного композита необходима древесная мука с нулевой влажностью. Для этого муку необходимо просушить на стадии подготовки смеси ДПК в миксере, при этом, чем выше влажность, тем больше времени и электроэнергии потребуется на сушку наполнителя, а также будет быстрее изнашиваться оборудование. От размера частиц муки зависит влагопоглощение древесно-полимерного композита, чем больше размер частиц, тем выше влагопоглощение, но если добавить больше сшивающего агента и полимера, то влагопоглощение древесно-полимерного композита можно привести к норме и с крупной мукой.

В России при производстве ДПК в основном используют связующие вещества (сшивающие агенты, аддитивы) на основе ПНД (полиэтилен низкого давления, HDPE) с привитым малеиновым ангидридом (белый порошок или крупная гранула). В Китае используют более широкий спектр сшивающих агентов, в том числе не содержащих ангидрид. Основным недостатком аддитивов содержащих ангидрид является – их нейтрализация в случае, если в сырье имеется влага, а также при использовании стеаратов металлов в качестве лубрикантов. Для того, чтобы получить качественный продукт ДПК, надо хорошо просушить сырье и не использовать в производстве стеараты металлов, хотя действуют они на порядок эффективнее стеариновых кислот. Китайские аддитивы не содержащие ангидрид могут хорошо совмещать компоненты композита, даже если в наполнителе есть небольшая влажность и в качестве лубрикантов используются стеараты металлов. Также некоторые аддитивы без ангидрида содержат в своем составе лубриканты и тем самым позволяют снизить расход лубрикантов в целом, и соответственно повысить рентабельность производства.

 

Подготовка полимера

Для производства ДПК идеально подходит полиэтилен низкого давления – ПНД (HDPE) с низким ПТР (показатель текучести расплава). Также хорошо подходит поливинилхлорид ПВХ (PVC), с его применением, как правило, древесно-полимерный композит можно сделать дешевле, но у него есть свои плюсы и минусы. Основные плюсы ПВХ: твердость конечного продукта, низкая цена. Минусы: плохая морозостойкость, токсичность при нагреве, при аварийной остановке можно не успеть очистить шнеки, цилиндр и фильеру, и они придут в негодность, но самое плохое – испарениями отравить рабочих, а также существенное отличие ПВХ от ПНД – ПВХ выдерживает не более пяти переплавок.

Для высокой рентабельности производства очень важно использовать полимер со стабильным ПТР, однородного состава и качества. В этом случае производство будет работать с минимумом брака и будет рентабельным. В случае, когда полимер неоднородный и ПТР постоянно меняется – работать крайне сложно, трудно увеличить скорость экструзии и удерживать ее в требуемых параметрах, с сохранением качества и геометрии. При изменении ПТР вязкость расплава ДПК будет также меняться, давление в фильере будет нестабильным и для поддержания стабильной работы линии необходимо будет очень быстро реагировать на изменения и менять температуру и подачу охлаждающей жидкости. Это практически не реально, так как температура меняется не сразу, а в течение 3-5 минут. При этом обычно портиться геометрия, либо профиль раздувается и линию придется останавливать для перезапуска.

Подготовка полимера (из отходов производств) может состоять из нескольких этапов, в зависимости от качества и состояния исходного сырья. Первое, что необходимо сделать – это измельчить крупные части на мелкие кусочки, определенного размера. Для измельчения литников, обрезков труб большого диаметра лучше всего подойдет одновальный шредер с прижимной плитой. Он «отгрызает» кусочки полимера от большого куска (литника). Затем полученные кусочки можно измельчить до нужной фракции с помощью дробилки. Для измельчения канистры или подобных элементов наиболее подходит двух (четырех) вальный шредер или большая дробилка. Далее полимер необходимо отмыть и просушить. Она моет и сушит одновременно.

Затем, если сырье изначально было чистое, можно его дополнительно измельчить или сразу использовать по назначению, а если сырье содержало включения – необходимо его переплавить с помощью гранулятора полимеров и очистить расплав с помощью фильтра-сетки.

В любом случае, состав комплекта оборудования для организации производства ДПК надо определять исходя из видов, источников сырья на котором планируется работать.

 

Подготовка муки (наполнителя)

В составе ДПК как правило примерно 60% от массы формируется дешевым наполнителем. В качестве наполнителя используют в основном древесную муку, которую получают из опилок, муку из шелухи рисовой, подсолнечника, а также бамбука. Наполнитель должен быть сухим, оптимальная влажность не более 4%. Древесная мука при хранении обычно подтягивает в себя до 8%-10% влажности, поэтому ее желательно использовать сразу после измельчения. Мука из рисовой шелухи гидрофобна, она влагу не подтягивает в любое время года. Древесно-полимерный композит на основе муки из рисовой шелухи всегда имеет низкое влагопоглощение, как правило, в два раза меньше нормы. Так как наполнитель должен быть дешевым – производство ДПК желательно разместить поближе к источнику сырья для наполнителя или иметь собственный транспорт для снижения издержек на логистику.

Для измельчения опилок или шелухи лучше использовать ударные или молотковые мельницы, это проверено на собственном опыте. Импеллерные мельницы для этого не подходят. Импеллер истирает частицы, при этом конечно он их подсушивает, но в процессе измельчения от нагрева с поверхности частиц выжигается лигнин и композит от этого теряет прочность.

 

Важные составляющие ДПК

В составе древесно-полимерного композита кроме полимера и муки, также как наполнитель используются мел и тальк. Они играют роль как песок в бетоне. С их помощью композит становится плотнее и тверже.

Также в состав ДПК входят антиоксиданты, красители, связующий агент (аддитив), лубриканты.

Антиоксиданты предохраняют от деструкции полимер как от высоких температур в процессе экструзии, так и в последующей эксплуатации от ультрафиолета. Обычно используют антиоксиданты двух типов 1010 и 168 (186), или два в одном, есть и такие.

В качестве красителя для ДПК оптимально использовать чистый пигмент – железноокисные красители. Различные мастербатчи и прочие гранулы – это тот же пигмент, только в более низкой концентрации, но дороже и добавлять его надо больше.

Связующее вещество (аддитив) – это гранула ПНД с привитым малеиновым ангидридом. Сам малеиновый ангидрид в чистом виде - это белый порошок или кусочки спрессованного порошка, он «склеивает» полимер с наполнителями. Прививают ангидрид к ПНД, переплавляя их вместе в двухшнековом экструдере со специальными параллельными длинными шнеками. На выходе получается слегка желтоватая/мутноватая гранула. Основной недостаток ангидрида – его нейтрализация влагой и стеаратами металлов.

На собственном опыте мы поняли, что лучше использовать аддитивы без содержания ангидрида – продукт получается более стабильного качества, процесс экструзии также проходит более стабильно, увеличивается скорость выхода продукта и соответственно рентабельность производства.

На крупных производствах ДПК в Китае используют аддитивы без малеинового ангидрида. Мы также используем подобные аддитивы из Китая, которые покупаем напрямую на крупных заводах в Китае, гарантирующих качество.

В качестве внешних и внутренних лубрикантов используют в основном полиэтиленовый воск и стеариновую кислоту. Некоторые производители используют добавки на основе смеси индустриального масла и силикона. Мы пробовали все возможные способы и по нашему мнению самый эффективный лубрикант для ДПК – стеарат цинка, но его желательно использовать с аддитивом без ангидрида.

 

Подготовка смеси ДПК

Для производства ДПК применяют два типа производственных линий. Если рассматривать мелкое производство 1-2 линии, то можно использовать одношаговую линию. Если производство от 2-х и более линий, то однозначно удобнее работать на двухшаговых линиях. Оба типа линий включают в себя подготовку смеси ДПК на одно или двухстадийном миксере. Одностадийный миксер выполняет перемешивание компонентов ДПК с нагревом до определенной температуры, при этом лубриканты расплавляются и впитываются в наполнители, затем производит выгрузку смеси. Двухстадийный дополнительно охлаждает смесь до заданной температуры, затем производит ее выгрузку. После одностадийного миксера смесь желательно перемещать в накопительный бункер с ворошителем, там она будет постепенно остывать не слеживаясь.

Очень эффективно использовать двухстадийный миксер, если в горячий (верхний бункер) подавать часть компонентов, а оставшиеся компоненты подавать в нижний бункер. Плюсы – производительность выше почти в два раза, не надо подавать воду для охлаждения в нижний бункер. При этом производительность увеличивается реально в два раза. Миксеры использовать желательно с нагревом маслом и инвертором, так как миксеры с нагревом только трением выжигают смесь в месте контакта лопастей миксера со смесью, в результате изделия теряют прочность за счет выжигания лигнина.

 

Технология изготовления профилей

На самом деле технологий производства ДПК существует достаточно много, но суть в целом одна. Экструдер расплавляет смесь и выдавливает профиль через фильеру с одновременным ее охлаждением и отверждением на выходе. Смесь может быть как в гранулах – для двухстадийной линии, так и в виде смеси + гранулы полимера – для одностадийной линии. Главное в процессе экструзии – подобрать оптимальный режим работы или если не получается – подкорректировать состав смеси, чтобы скорость экструзии и качество были приемлемыми. Основные параметры режима работы – температура нагрева в различных зонах экструдера и фильеры, интенсивность охлаждения, загрузка шнеков, скорость экструзии. Также важным параметром является давление расплава в фильере – оно также может меняться от температурных факторов, скорости и от вязкости (состава смеси). То есть, подбирая состав смеси и режим экструзии можно добиться высокой производительности при хорошем качестве продукта.

 

Технология финишной обработки

Финишная обработка террасной доски из ДПК – это 90% успеха в продажах при прочих равных условиях. На выходе из фильеры все доски имеют глянцевую поверхность, но эксплуатировать глянцевую доску крайне неудобно и не практично. Во первых – она скользкая, во вторых не практичная – она легко царапается.

Для того, чтобы доска из ДПК была более привлекательной и выгодно отличалась от других предложений на рынке, а также чтобы она была практичной используют несколько видов обработки ее рабочей поверхности.

Первый это шлифовка. Рабочую поверхность террасной доски обрабатывают на шлифовальном станке шкуркой (наждачным полотном). На выходе получается ровная гладкая поверхность. Получненную поверхность можно обработать на станке для тиснения (эмбоссинг), хотя правильнее называть такой вид обработки поверхностным обжигом. Так как тиснения как такового нет, но рисунок структуры виден, такой рисунок со временем выгорает и стирается.

Второй вид обработки – самый распространенный в России – это брашинг. Брашинг – это обработка радиальными стальными щетками. Щетки обдирают глянец и в зависимости от толщины ворса наносят структуру на поверхность доски. Брашинг предпочтительнее тиснения если геометрия профиля изделия не достаточно качественная, не точная – брашинг пропускает неровности. При таком виде обработки поверхность не выравнивается, если террасная доска имеет поверхность «вельвет», то щетки могут также удалять глянец в канавках, что делает внешний вид доски не очень привлекательным.

Третий, самый редкий вид обработки – настоящий эмбоссинг, глубокое тиснение, которое еще называют 3D тиснением. Обычно его делают на полнотелых профилях, не имеющих камер, так как пустотелая доска не выдерживает высокого давления необходимого для нанесения текстуры и ломается. Доска выглядит как натуральная, состаренная древесина. При этом не вскрывается структура композита и соответственно доска остается более защищенной от внешних воздействий.

На камерных профилях террасной доски тиснение хорошего качества получается пока только у LG WOOZEN и у нас. На разработку собственной технологии мы потратили почти 2 года.

 

Упаковка и складирование перед отправкой в продажу.

На процесс производства влияет организация упаковки и зоны складирования. Качество упаковки также влияет на уменьшение количества повреждений изделий в процессе доставки клиенту.

Упаковывать изделия желательно в стрейч-пленку, при этом изделие не пачкается и не скользит при складировании и перевозке.